第1节　dna是主要的遗传物质

1 / 14 第 1 节 DNA 是主要的遗传物质 教学目标 （一）知识目标 掌握证明 DNA是遗传物质的两个实验的过程和原理，以及从实验中得出的结论（ DNA是遗传物质）。 （二）能力目标 通过重演科学家发现 DNA是主要遗传物质的过程，学会科学研究的方法和实验设计的基本步骤。 （三）情感目标 1、概述人类对遗传物质的探索过程，认同科学认识是不断深化、不断完善的过程。 2、通过学生自己设计验证性实验，培养分析问题、解决问题的能力，发展科学思维和创 新的能力。 （四）重点难点 1、重点：肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 2、难点：肺炎双球菌转化实验的原理和过程。 课时说明 本节内容 1 课时，授课过程（包括与学生的互动）大约用时 30min，例题解析以随堂练习的方式完成，课后练习可作为作业。对于例题解析和课后练习可根据时间情况灵活选2 / 14 用。 导入：有趣的生物遗传现象 1、种瓜得瓜，种豆得豆。 2、龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。 另外， “ 老 子英雄儿好汉 ”“ 将门生虎子 ” 也在一定程度上说明了遗传的作用（这两句俗语还要考虑家庭教养环境的影响，与本文无关，不再赘述）。 概括：生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上常常相似，这就是遗传现象。 一、人类对遗传本质的探究 19 世纪中叶，孟德尔通过植物的杂交实验提出生物的每一个性状都是通过遗传因子（后称基因）来传递的。遗传因子在体细胞中成对存在，在减数分裂形成的配子中成单存在，配子结合（受精作用）后，遗传因子又恢复到成对状态。 19 世纪末，科学家研究了生物生殖过程 中细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，了解到染色体的活动有一定的规律：体细胞（ 2N）；配子（ N）；受精卵（ 2N）。 据此，有人设想：莫非遗传因子就是染色体，一条染色体就是一个遗传因子？这不可能，因为生物的性状很多，而染色体的数目有限。那么，一定是一个染色体上有许多个遗传因子（基因）。基于这样的认识， 1903 年萨顿和鲍维里提3 / 14 出遗传因子存在于染色体上的假说。后来事实证明了这一点。 仲老师语录： 在人类前行的文明史上，每一个伟大的假设都跟随着一个伟大的发现。：） 在证明 DNA 是遗传物质还是蛋白质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？ （必须将蛋白质与 DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。） 二、 DNA作为遗传物质具备的条件 1、分子结构具有相对的稳定性，但在特殊情况下又能产生可遗传的变异； 2、能自我复制，前后代保持一定的（连续性）； 3、能指导蛋白质的合成，从而控制生物的新陈代谢和性状； 4、具有存储巨大数量遗传信息的能力。 什么结构或物 质具备这些条件呢？ 4 / 14 三、核酸（ DNA、 RNA）是遗传物质的实验证据 证据一：肺炎双球菌的转化实验 DNA是遗传物质 （一）格里菲思细菌转化实验 1、两种菌落的比较 菌落 荚膜 毒性 R 型细菌菌落 粗糙 无荚膜 无毒 S 型细菌菌落 光滑 有荚膜 有毒 2、实验过程 3、小结 步骤 方法 现象 5 / 14 结论 1 R 菌活菌注射 小白鼠正常 R 菌无毒性 2 S 菌活菌注射 小白鼠死亡 S 菌能使小白鼠致病 3 S 菌高温灭活 小白鼠正常 加热杀死的 S 菌不使小白鼠致死 4 高温灭活： S 菌 +R菌 小白鼠死亡 死亡的 S 菌中可能有使 R 菌转化因子 5 提取 4 实验死鼠 发现 S 活菌 死亡的 S 菌 能使 R 菌转化为 S 菌 为什么第四组实验将 R型活细菌和加热杀死后的 S型细6 / 14 菌混合后注射到小鼠体内，导致小鼠死亡？ (因为 R 型细菌转化成了 S 型细菌，使小鼠患败血症而死亡 .) 格里菲思实验的结论是什么 ? 实验结论：已经被加热杀死的 S 型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质（转化因子）。 （二）艾弗里 DNA转化实验 (图解 ) 艾弗里的思路 1实验材料：选用肺炎双球菌。 2假 设： DNA是遗传物质。 3实验操作：将 S 型细菌中的多糖、蛋白质 、脂类和 DNA等提取出来，分别与 R 型细菌进行混合。 4预期结果：只有 DNA 与 R 型细菌进行混合，才能使R 型细菌转化成 S 型细菌。 5实验结果：与预期结果吻合。 6分析结论： DNA是遗传物质。 由此可见，科学家是设法把 DNA与蛋白质分开，从而单独地、直接地去观察 DNA的作用。 但是，艾弗里转化实验所使用的 DNA中仍然含有极少量的蛋白质。因此人们认为不能完全排除蛋白质的作用。那么，还有没有更具有说服力的方法来证明 DNA是遗传物质呢？ 证据二：噬菌体侵 染细菌的实验 DNA是遗传物质 7 / 14 实验过程及结果： 亲代噬菌体 寄主细胞内 子代噬菌体 实验结论 第一组实验 32P标记 DNA 有 32P标记 DNA DNA有 32P标记 DNA分子具有连续性，是遗传物质 第二组实验 35S标记蛋白质 无 35S标记蛋白质 外壳蛋白质无 35S 某些不含有 DNA的病毒，其遗传物质又是什么呢？ 证据三：烟草花叶病毒 侵染烟草的实验 RNA 也是遗传物质 结论： RNA也是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。 四、 “ 千淘万漉虽辛苦，吹尽黄沙始到金 ” ：结论 想一想： 为什么说： “DNA 是主要的遗传物质，染色体是遗传物8 / 14 质的主要载体？ ” DNA（脱氧核糖核酸） 核酸（一切生物的遗传物质） RNA（核糖核酸） 五、 “ 欲穷千里目，更上一层楼 ” （超越科学家）：自主探究 艾弗里的实验虽然得到了大多数科学家的认可，但仍然有人提出了异议。你能分析 一下这个实验存在哪些不足吗？应该怎样改进呢？ 六、 “ 黄沙百战穿金甲 ,不破楼兰终不还 ” ：例题解析 【例 1】将分离后的 S 型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质外壳与 R 型无荚膜的肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，小白鼠不死亡，从其体内分离出来的仍是 R 型肺炎双球菌。将分离后的 S型肺炎双球菌的 DNA与 R 型肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，则小白鼠死亡，并从体内分离出来了 S 型有荚膜的肺炎双球菌。以上实验说明 () A、 R 型和 S 型肺炎双球菌可以互相转化 B、 S 型的蛋白质外壳可诱导 R 型转化为 S 型 c、 S 型的 DNA 可诱导 R 型转化为 S 型，说明了 DNA 是遗传物质 9 / 14 D、 R 型的 DNA可使小鼠致死 【答案】 c 【解析】将分离后的 S 型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质外壳与 R 型无荚膜的肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，小白鼠不死亡，说明 S 型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质不能控制产生出能致死的 S 型的肺炎双球菌。将分离后的 S 型肺炎双球菌的 DNA 与 R 型肺炎双球菌混合注入小白鼠体内则小白鼠死亡，并从体内分离出来了 S 型有荚膜的肺炎双球菌，说明 S型肺炎双球菌的 DNA 能控制形成新的 S 型有荚膜肺炎双球菌， 使生物致死。说明 DNA是遗传物质。 【例 2】用 DNA酶处理过的 S 型细菌不能使 R 型细菌发生转化。下列关于这一实验的叙述，不正确的是（） A、这个实验是为了证实 DNA的分解产物不是遗传物质。 B、这个实验是为了从反面证明 DNA是遗传物质。 c、这个实验证实 DNA的分解产物不是 “ 转化因子 ” 。 D、这个实验是艾弗里关于遗传物质研究的重要工作之一。 【答案】 A 【解析】这是艾弗里在证明 DNA是遗传物质的过程中，为了进一步从反面证明 DNA是遗传物质而 做的一个实验，它是关于遗传物质研究的一个重要组成部分，其主要目的在于从反面证明 DNA是遗传物质，而不是为了证明 DNA 的分解产10 / 14 物是不是遗传物质。 【例 3】噬菌体侵染细菌的实验中，子代噬菌体的蛋白质外壳是（） A、在噬菌体 DNA的指导下，用细菌的物质合成的 B、在细菌 DNA 的指导下，用细菌的物质合成的 c、在噬菌体 DNA的指导下，用噬菌体的物质合成的 D、在细菌 DNA 的指导下，用噬菌体的物质合成的 【答案】 A 【解析】当噬菌体侵染细菌时，注入 到细菌细胞内的只有噬菌体 DNA，子代噬菌体的蛋白质外壳和 DNA 都是在噬菌体 DNA的指导下，用细菌的氨基酸和脱氧核苷酸合成的。 【例 4】下列能通过噬菌体侵染细菌实验过程证实的是() A、 DNA能产生可遗传的变异 B、 DNA是遗传物质 c、 DNA能自我复制 D、 DNA能控制蛋白质合成 【答案】 B、 c、 D 【解析】此实验产生的子代噬菌体与亲代噬菌体相似，无可遗传变异产生。因亲代噬菌体的 DNA进入细菌体内，蛋白质外壳留在外面，所以完成 DNA 复制、指导子代噬菌体蛋白质外壳 的形成等过程都是亲代噬菌体 DNA分子的作用，同时证明了 DNA是遗传物质。 11 / 14 噬菌体成分 细菌成分 核苷酸标记 32P 31P 氨基酸标记 32S 35S 【例 5】某科学家做 “ 噬菌体侵染细菌实验 ” 时，分别用同位素 32P和 35S做了标记 (见下表 )：此实验所得结果是子噬菌体和母噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同。请分析： (1)子噬菌体的 DNA分子中含有的上述元素是； (2)子噬菌体的蛋白质分子 中含有的上述元素是； (3)此实验说明了。 【答案】 (1)32P、 31P； (2)35S； (3)DNA 是遗传物质。 【解析】在噬菌体侵染细菌的实验中，噬菌体的 DNA被注入细菌细胞内，并在细菌内以细菌的核苷酸为原料，以噬菌体的 DNA 分子为模板合成许多和亲代噬菌体一样的 DNA。这样在细菌内新形成的子代噬菌体的 DNA既有以细菌内的核苷酸为原料新合成的 DNA链，又有原来注入到细菌体内的亲代噬菌体 DNA链。所以子噬菌体的 DNA分子中含有的上述元12 / 14 素是 31P与 32P。在噬菌体侵染细菌的过程中， 在噬菌体 DNA注入细菌内时，噬菌体的蛋白质外壳留在细菌细胞外面。而子代噬菌体的蛋白质外壳则是以细菌内的氨基酸为原料合成的。所以子噬菌体的蛋白质外壳含 35S元素。从上述分析得知子代噬菌体的 DNA 含亲代噬菌体 DNA 中核苷酸的 32P，说明亲代噬菌体的 DNA传递到了子代，保持了遗传物质的连续性，因此 DNA是遗传物质。同样分析能说明蛋白质不是遗传物质。 例 6】下图中，烟草花叶病毒 (TmV)与车前草病毒 (HRV)的结构如 A、 B，侵染作物叶片的症状如 c、 D。 (1)用 E 去侵染叶片 F 时，叶片 F 患病的病状 与相同。 (2)F 上的病毒的蛋白质外壳是以为模板，以为场所合成的，所需的氨基酸来自。 (3)E的子代病毒的各项特性都是由决定的。 (4)本实验证明。 【答案】 (1)车前草病毒致病症状； (2)HRV 的 RNA；作物叶片 F细胞的核糖体；作物叶片 F 细胞内的氨基酸； (3)HRV的 RNA；(4)RNA 是遗传物质。 【解析】 TmV与 HRV两种病毒都是由 RNA和蛋白质外壳组成，当以 HRV的 RNA和 TmV的蛋白质组成新的病毒，侵染烟草后，烟草表现为 HRV 的患病症状 ，说明遗传物质是 RNA13 / 14 而不是蛋白质。 七、 “ 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行 ” ：课后练习 400)=400;（一）选择题 1、下列 、 、 、 均是遗传物质应具有的特点。噬菌体侵染细菌实验能够直接证实 DNA作为遗传物质具有的特点是（） 分子结构具有相对的稳定性 能够自我复制，保持前后代的连续性 能通过指导蛋白质合成，控制生物性状 能产生可遗传的变异 A B c D 2、下列只含一种核酸的生物是（） A病毒 B酵母菌 c小麦 D变形虫 3、 (1997年上海高考试题 )关于病毒遗传物质的叙述中，正确的是（） A、都是脱氧核糖核酸 B、都是